Li+學社丨余華強深度解析：電池熱失控“短板”突圍
6月25日，由電池中國網(wǎng)主辦的第15期“Li+學社”大講堂在廣州成功舉辦。來自整車、電池、材料、設備、機構等20余家國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)技術大咖匯聚一堂，圍繞動力電池安全設計、電池行業(yè)標準國際化建設、多形態(tài)電池安全研究和產(chǎn)業(yè)鏈安全協(xié)同等業(yè)界技術痛點進行了深度交流和探討。
探究動力電池的安全保障是業(yè)內(nèi)關注的重要研究方向之一，在電池設計、預警和干預等方面均能起到前瞻性判斷支撐作用。在本期“Li+學社”大講堂上，國家化學與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心技術總監(jiān)余華強在題為“動力電池安全研究的發(fā)展新方向”的專題報告中，深度闡釋了預測電池熱失控的技術路徑和功能應用。
圖為國家化學與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心技術總監(jiān)余華強在Li+學社做專題報告
余華強指出，“隨著電動汽車電池比能量越來越高，動力電池安全問題可能出現(xiàn)‘木桶短板’效應，即任意一個安全短板都是制約電池整體安全性能的關鍵要素。因此，各方面的安全保障需要不斷提高。”
目前，動力電池安全技術指標主要體現(xiàn)在以下三個方面：
第一，抗過充、抗擠壓穿刺等外部應力引發(fā)電池熱失控的安全設計。此類安全設計指標包括預防性設計、傳感器設計等多方面。
第二，基于電池電芯材料安全性、電芯制造一致性等為電芯本體安全性的安全設計。
第三，基于電池抗外部熱量誘發(fā)熱失控的安全性設計，此類設計包括傳熱通道設計，熱阻隔設計和主動干預設計等。
電池熱失控仿真技術則是提高動力電池系統(tǒng)內(nèi)部安全性，應對電池熱失控而產(chǎn)生的新型安全保障應用技術。
在應對外部應力熱失控的問題上，余華強表示，雖然不少企業(yè)已經(jīng)從電池箱體、傳感器等方面做了預防性設計和監(jiān)測，并配合主動干預的方案，但預判依據(jù)尚顯不足，且基于此的干預方案自然有待完善。
實際上，由于電池包內(nèi)電芯數(shù)量之多，傳感器的數(shù)據(jù)主要采集自電池的大體溫度和電壓等，與熱失控電芯的實際復雜情況相比，在準確度和時效性等方面，均可能存在較大差異。
為解決此項差異，需要有表征電芯內(nèi)部熱失控的關鍵指標變化作為依據(jù)，支持部分整車廠通過采取液冷等主動干預的方案做降溫處置，從而提升干預處置能力的短板。
在應對電池本體安全問題上，“平常總說磷酸鐵鋰會好一些，那么究竟好在哪里呢?”余華強拋出的這一問題，引得與會者紛紛翹首聆聽。
他指出，驗證不同材料在電池熱失控時的變化影響，主要聚焦于材料的安全性和它溢出氣體組分的安全性，這個驗證過程也可以利用熱失控仿真策略進行熱失控模擬，獲得材料的安全性評估。
不難看出，不管是外部應力熱失控，還是電池本體熱失控，如果融入電池熱失控仿真技術，或?qū)⑹掳牍Ρ兜靥嵘姵匕踩憩F(xiàn)。不僅如此，電池熱失控仿真本身還是保障電池內(nèi)部安全的重要指標和策略。
“電池熱失控溫度點是BMS設計的核心數(shù)據(jù)。比如對于NCA材料，添加錳進去變成了NCAM，這一技術革新可能產(chǎn)生幾十種新配方，再和電解液做正交分析的話，變量就更大了，那么實驗人員如何知道添加錳之后，對電池熱失控的邊界溫度有沒有影響呢?”余華強指出，“此時如果完全靠做實驗，不僅難度大，而且工作是巨量的。所以需要用熱失控仿真先做大規(guī)模篩選后，再做實驗，然后再用實驗來驗證支撐熱失控仿真的結果。
余華強進一步表示，電池熱失控仿真應用大有可為。一是檢驗原材料適用性，如上面提到的加錳后的熱失控仿真，可以事半功倍地提高驗證效率和規(guī)模，還可以和實驗結果相互驗證。而且不止是加猛，添加或改變其他任何原材料，這一技術均可應用其中。
二是獲得電池熱失控的邊界溫度點。在電池設計周期內(nèi)就可以評估這一重要的溫度指標，從而提早實施干預。
三是區(qū)分后果等級和風險幾率。很多實際案例表明，電動汽車出現(xiàn)電池安全問題大概有70%-80%是在SOC接近百分之百的情況下。那么有沒有數(shù)據(jù)來向整車廠說明，“電池不充滿”的安全性高于充滿狀態(tài)呢?“實際上，還是應該做電池熱失控仿真，看一看SOC在建立到什么程度的情況下，它的溫度升高是能夠被容忍的。”余華強分析道。通過電池熱失控仿真，區(qū)分不同溫度變化區(qū)間所產(chǎn)生的風險，便于干預處置方案的制定。
值得注意的是，應急冷卻，是目前很多整車廠在發(fā)生電池熱失控后，為了防止發(fā)生更多次生問題的主要干預策略。但是，如果通過干預處置，熱失控的“熱”雖然被迅速抑制住，是否就能夠保證避免發(fā)生其他次生危險呢?這一點也可以結合熱失控仿真來驗證。另外，采用液冷，還是其他應急冷卻策略，都需要更多數(shù)據(jù)驗證。
此外，電池包內(nèi)不同位置電芯的熱失控所產(chǎn)生的不良后果可能相差千里，因此，運用不同點位的熱失控仿真將大幅度提高熱失控結果預判的準確度和時效性。
總體上，當非常重要的電池安全保障遇上極多變量后，電池熱失控仿真應用或?qū)⒊蔀椤皠恿﹄姵匕踩芯康陌l(fā)展新方向”，而且實用范圍廣闊，其對電池產(chǎn)業(yè)的影響值得期待!
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